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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach Anspruch sowie ein Verfahren nach Anspruch 9 wenigstens zum zumindest zweitweisen Reduzieren eines Kühlmediums zum Kühlen zumindest einer Fahrzeugkomponente eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges innerhalb eines Kühlkreislaufes.
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Stand der Technik
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist bekannt, dass Hybrid-, Plug-In Hybrid- sowie Elektrofahrzeuge zumindest zeitweise mittels elektrischer Energie betreibbar sind, welche in entsprechenden Energiespeichereinheiten, wie in beispielsweise Akkumulatoren oder Batterien und insbesondere Lithium-Ionen-Batterien gespeichert wird. Diese Energiespeichereinheiten sind dabei in einem Bereich innerhalb des Fahrzeuges, wie beispielsweise dem Fahrzeugboden, angeordnet, um bei Bedarf elektrische Energie zum Betreiben eines Elektromotors dem Fahrzeug zur Verfügung stellen zu können.
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Insbesondere die Lithium-Ionen-Zellen der Lithium-Ionen Batterien, welche sich durch eine hohe Energiedichte und eine geringe Selbstentladung auszeichnen, benötigen aufgrund ihres Aufbaus eine definierte Arbeitstemperatur, um optimal arbeiten zu können. Jede Lithium-Ionen-Zelle weist mindestens eine positive und eine negative Elektrode, nämlich eine Kathode bzw. eine Anode auf, welche die Lithium-Ionen reversibel ein- oder wieder auslagern. Hierbei spricht man von der Interkalation bzw. der Deinterkalation.
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Um die Lithium-Ionen-Zellen auf eine definierte und folglich optimale Arbeitstemperatur zu temperieren, ist es bekannt diese Zellen an einem sogenannten Themomanagementsystem anzuordnen, welches die Zellen beispielsweise bei kalten Außentemperaturen zeitlich vor, bei oder nach einem Starten des Fahrzeuges erwärmt, oder welches die Zellen beispielsweise während des Betriebes des Fahrzeuges und insbesondere bei warmen Außentemperaturen kühlt.
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Vernehmlich werden die einzelnen Lithium-Ionen-Zellen zu elektrisch miteinander verschalteten Zell-Modulen gebündelt, wobei jedes Modul beispielsweise mit einer seiner Seiten bzw. Oberflächen an einem Bauteil des Thermomanagementsystems, wie beispielsweiser einer Kühlplatte angeordnet ist. Diese Kühlplatte kann dabei mit einem entsprechenden, insbesondere flüssigem Kühlmedium durchströmt werden.
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Mit Hilfe des Thermomanagementsystems ist es zudem möglich neben der Energiespeichereinheit auch weitere Komponenten eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges zu temperieren. Diese Komponenten sind dabei beispielsweise die Leistungselektronik, Spannungswandler, Klimakompressoren, der Elektromotor selbst usw.
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Jedoch weisen Kühlsysteme zur Kühlung von unterschiedlichen Fahrzeugkomponenten mittels eines flüssigen Mediums oder auch mittels eines gasförmigen Mediums die Gefahr auf, dass beispielsweise bei einem Unfall mit dem Fahrzeug das Kühlsystem derart beschädigt wird, dass das Kühlmedium aus dem Kühlsystem austreten kann. Entweichendes bzw. austretendes Kühlmedium bzw. Kühlmittel kann dabei unter anderem zu einer Kontaminierung der Umgebungsluft und/oder des Erdbodens sowie des Grundwassers führen.
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Des Weiteren ist es auch möglich, dass das Kühlmedium, insbesondere wenn es einen flüssigen Aggregatzustand aufweist, elektrisch leitfähig ist. Dies kann es bei einem Austreten des Kühlmediums aus dem Kühlsystem auch zum Auftreten von Kurzschlüssen sowie einer Elektrolyse, bei welcher beispielsweise Wasserstoffgas entsteht, führen.
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So offenbart beispielsweise die
US 4,461,342 B1 ein Kühlsystem mit einem Bevorratungsbehälter für eine Kühlflüssigkeit, wobei der Bevorratungsbehälter beabstandet zu und oberhalb eines Kühlsystem-Radiators angeordnet ist. Wenn das Kühlsystem ein Leck aufweist und Kühlflüssigkeit verliert, wird ein am Boden des Bevorratungsbehälters angeordnetes Ventil geöffnet, wobei das Level der Kühlflüssigkeit im Bevorratungsbehälter gesenkt wird. Die im Kühlkreislauf bzw. im Kühlsystem-Radiator verbliebene Kühlflüssigkeit kann dabei jedoch nicht aus dem Kühlkreislauf entfernt werden und entweicht weiterhin über das Leck aus dem Kühlkreislauf in die Umgebung. Zudem muss ein zusätzlicher Auffangbehälter an den Bevorratungsbehälter angeordnet werden, um ein Auslassen des Kühlmediums aus dem Bevorratungsbehälter zu ermöglichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer Vorrichtung zum Kühlen einer Fahrzeugkomponente und insbesondere während einer Beschädigung dieser weitestgehend zu vermeiden. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reduzieren eines innerhalb eines Kühlkreislaufes befindlichen Kühlmediums zu schaffen, mittels welcher auf einer einfachen und kostengünstigen Art und Weise das Kühlmedium gezielt aus zumindest definierten Bereichen eines Kühlsystems zum Kühlen mindesten einer Fahrzeugkomponente entfernt werden kann.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung sowie ein Verfahren wenigstens zum zumindest zweitweisen Reduzieren eines Kühlmediums zum Kühlen zumindest einer Fahrzeugkomponente eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges innerhalb eines Kühlkreislaufes mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung wenigstens zum zumindest zweitweisen Reduzieren eines Kühlmediums zum Kühlen zumindest einer Fahrzeugkomponente eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges innerhalb eines Kühlkreislaufes wenigstens ein zumindest abschnittsweise zwischen einem Zuführbereich eines Ersatzmediums und dem Kühlkreislauf angeordnetes Durchlasselement auf. Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens eine das Kühlmedium und/oder das Ersatzmedium fördernde Pumpe, und wenigstens einen Bevorratungsbehälter zum zumindest zeitweisen Speichern des Kühlmediums auf.
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Demzufolge ist es auch denkbar, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung jeweils zwei oder mehr Durchlasselemente, Pumpen und Bevorratungsbehälter aufweist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vornehmlich auch gleichzeitig zum Kühlen der zumindest einen Fahrzeugkomponente dienen, sodass zumindest einzelne Bestandteile bzw. Bauteile des Kühlsystems bzw. des Kühlkreislaufes vorteilhaft auch zumindest einzelnen Bestandteilen bzw. Bauteilen der Vorrichtung zum Reduzieren des Kühlmediums bzw. Kühlfluids bzw. des Kühlmittels entsprechen. Dadurch wird vorteilhaft der Bedarf an zusätzlich benötigten Bauteilen zum Reduzieren des Kühlmediums vermieden, wodurch ein einfaches und kostengünstiges System bzw. Vorrichtung zum Reduzieren des Kühlmediums geschaffen wird.
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Das Kühlmedium kann vorteilhaft zumindest während eines definierten Zeitraumes oder ab einem definierten Zeitpunkt aus dem Kühlsystem und insbesondere definierten Bereichen des Kühlsystems zumindest teilweise entfernt bzw. abtransportiert werden. Demnach wird vorteilhaft während beispielsweise eines Unfalles mit dem Fahrzeug, zum Beispiel erkannt mit Hilfe entsprechender Sensoren, vorsorglich das Kühlmedium aus dem Kühlkreislauf entfernt, um ein Austreten des Kühlmediums in die Umgebung zu vermeiden.
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Als elektrisch antreibbare Fahrzeuge werden neben den Landfahrzeugen, wie Personenkraftfahrzeugen, Lastkraftfahrzeugen, Gabelstapler, Pedelecs oder Zweikrafträder auch Schienenfahrzeuge, Wasserfahrzeuge oder Luftfahrzeuge verstanden. Es ist jedoch auch denkbar, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung in Fahrzeugen angeordnet sind, welche nicht ausschließlich elektrisch antreibbar sind, sondern zusätzlich oder lediglich über entsprechende Diesel- oder Benzinmotoren angetrieben werden könne. In diesem Fall dient die Vorrichtung dem gleichen Zweck, nämlich zum Reduzieren eines Kühlmittels bzw. eines Kühlmediums innerhalb eines Kühlkreislaufes, wobei das Kühlmedium hierbei beispielsweise zur Kühlung von Klimakompressoren etc. Verwendung findet.
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Im Rahmen der Erfindung kann das Durchlasselement ein Ventil und bevorzugt ein Wegeventil, insbesondere ein 3/2 Wegeventil oder eine Durchlassöffnung sein. Wegeventile dienen in der Fluidtechnik insbesondere dazu den Weg für das Arbeitsmedium freizugeben, zu sperren oder die Durchflussrichtung zu ändern. Als Arbeitsmedium können dabei gasförmige sowie auch flüssige Medien bzw. Fluide eingesetzt werden. Wegeventil werden nach der Anzahl der Schaltstellungen sowie der Anzahl der Arbeitsleitungsanschlüsse pro Schaltstellung unterschieden, sodass ein 3/2 Wegeventil insgesamt drei Arbeitsleitungsanschlüsse und zwei Schaltungen besitzt. Es ist folglich möglich über zwei Eingangsleitungen bzw. -anschlüsse zwei unterschiedliche Medium abwechselnd in eine Ausgangsleitung bzw. -anschluss zu überführen. Das Wegeventil kann dabei beispielsweise ein Proportionalventil, ein Regelventil oder auch ein Servoventil sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass anstelle eines Wegeventils ein anderes Ventil verwendet wird. Anstelle eines Ventils ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich lediglich eine Durchlassöffnung als Durchlasselement vorzusehen, durch welche ein Ersatzmedium in die Vorrichtung und insbesondere in den Kühlkreislauf eingebracht werden kann. Vorzugsweise ist diese Durchlassöffnung stets offen, sodass auch der Kühlkreislauf immer offen bzw. geöffnet ist.
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Als Ersatzmedium kann vorteilhaft die Umgebungsluft dienen, welche zumindest während eines Reduzierungsvorganges zum Reduzieren des Kühlmediums in die Vorrichtung und vornehmlich den Kühlkreislauf selbst eingebracht wird. Zum Einbringen bzw. ansaugen des Ersatzmediums ist es denkbar eine Pumpe zu verwenden. Diese kann dazu dienen das Ersatzmedium aus der Umgebung anzusaugen und in die Vorrichtung bzw. den Kühlkreislauf zu transportieren. Des Weiteren ist es möglich, dass diese Pumpe auch zum Absaugen des Kühlmediums aus der Vorrichtung und insbesondere aus dem Kühlkreislauf dienen kann.
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Der Bevorratungsbehälter dient erfindungsgemäß zum Speichern des Kühlmediums und kann beispielsweise einen Kunststoffmantel aufweisen, welcher vorteilhaft faserverstärkt ist. Derartige Bevorratungsbehälter weisen vorteilhaft ein sehr geringes Gewicht auf und sind kostengünstig herzustellen. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Bevorratungsbehälter aus einem anderen Material, wie beispielsweise einem Guss, Eisenguss, Sphäroguss, Schmiedestahl oder gar aus einem keramischen Material, wie beispielsweise Steingut oder Steinzeug besteht. Derartige Bevorratungsbehälter weisen zwar ein höheres Gewicht auf, sind jedoch vorteilhaft auch beständig gegenüber Säuren und/oder Basen und demnach sehr langlebig. Es ist denkbar, dass der Bevorratungsbehälter eine zylindrische, würfelartige, kugelförmige, halbkugelförmige, pyramidenartige, parallelpipedische oder eine sonstige geometrische Körperform aufweist.
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Im Rahmen der Erfindung kann die Vorrichtung und insbesondere der Kühlkreislauf vorteilhaft wenigstens eine Zuführleitung zum Zuführen des Kühlmediums in den Bevorratungsbehälter und eine Abführleitung zum Abführen des Kühlmediums aus dem Bevorratungsbehälter aufweisen, wobei die Zuführleitung und die Abführleitung strömungstechnisch miteinander verbindbar sind. Folglich ist es denkbar, dass insbesondere die erfindungsgemäße Vorrichtung auch mehr als eine und insbesondre zwei oder mehr Zuführleitungen und/oder Abführleitungen aufweist. Demnach kann die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise auch mehr als nur einen Kühlkreislauf umfassen, sondern zwei oder mehr Kühlkreisläufe, wobei mittels jedem Kühlkreislauf vornehmlich jeweils mindestens eine Fahrzeugkomponente gekühlt wird und wobei weiter bevorzugt jeder Kühlkreislauf das Kühlmedium aus einem gemeinsamen Bevorratungsbehälter bezieht bzw. in diesen einbringt. Somit kann vorteilhaft mittels lediglich einem Bevorratungsbehälter ein Kühlkreislauf oder mehrere Kühlkreisläufe mit einem Kühlmedium versorgt und folglich eine oder mehrere Fahrzeugkomponente(n) gekühlt bzw. temperiert werden. Die Zuführleitungen sind derart angeordnet, dass diese zumindest teilweise durch eine Öffnung einer Wandung des Bevorratungsbehälters eindringen, wobei die Öffnung eine Dichtung bzw. ein Dichtelement aufweisen kann, mittels welchem ein Austreten des Kühlmediums aus dem Bevorratungsbehälter in die Umgebung vermieden werden kann. Die mindestens eine Zuführleitung und/oder die mindestens eine Abführleitung besteht vornehmlich aus einem Kunststoffmaterial, kann aber auch aus einem Kupfer-, Messing-, Aluminium, Stahl- oder Eisenmaterial oder ähnlichem bestehen.
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Erfindungsgemäß ist es denkbar, dass die Pumpe der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des Kühlkreislaufes im Kühlkreislauf zwischen dem Bevorratungsbehälter und der zu kühlenden Fahrzeugkomponente angeordnet ist. Dabei kann die Pumpe eine Absaugpumpe wenigstens zum Absaugen des Kühlmediums aus dem Kühlkreislauf und/oder eine Ansaugpumpe zum Ansaugen des Kühlmediums und/oder des Ersatzmediums in den Kühlkreislauf sein. Folglich ist es vorteilhaft möglich, dass lediglich eine Pumpe verwendet wird. Diese dient zum einen während des Kühlbetriebes zum Kühlen der Fahrzeugkomponente dazu das Kühlmedium über eine Abführleitung aus dem Bevorratungsbehälter zu der zu kühlenden Fahrzeugkomponente und von dort über eine Zuführleitung wieder in den Bevorratungsbehälter hinein zu transportieren bzw. zu pumpen. Und zum anderen ist es denkbar, dass diese Pumpe ebenfalls dazu dient zumindest während des Reduzierbetriebes bzw. Reduzierungsbetriebes bzw. Reduzierungsvorganges des Kühlmediums aus dem Kühlkreislauf dieses Kühlmedium zumindest nahezu vollständig wenigstens aus einem Bereich des Kühlkreislaufes, insbesondere aus dem Bereich der zu kühlenden Fahrzeugkomponente und vorteilhaft auch aus dem Bereich der Zuführleitung und/oder der Abführleitung in den Bevorratungsbehälter zu transportieren.
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Des Weiteren ist es denkbar, dass es insgesamt zwei unabhängig voneinander agierende Pumpen gibt. Hierbei kann eine erste Pumpe während des Kühlbetriebes zum Pumpen des Kühlmediums durch den Kühlkreislauf dienen. Diese erste Pumpe ist dann dem Kühlkreislauf zuzuordnen. Während eine zweite Pumpe zum Abpumpen des Kühlmediums aus dem Kühlkreislauf zumindest während eines Reduzierungsvorganges dient. Diese zweite Pumpe ist dann der erfindungsgemäßen Vorrichtung zuzuordnen.
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Im Rahmen der Erfindung kann das Ersatzmedium ein gasförmiges Medium sein oder ein flüssiges Medium, insbesondere Umgebungsluft, während das Kühlmedium ein gasförmiges oder flüssiges Medium, insbesondere ein Wasser-Glykol-Gemisch ist. Es ist folglich denkbar, dass das Kühlmedium in einem flüssigen Aggregatzustand vorliegt und durch ein in einem gasförmigen Aggregatzustand befindlichen Ersatzmedium verdrängt wird, oder dass das Kühlmedium in einem gasförmigen Aggregatzustand vorliegt und durch ein in einem flüssigen Aggregatzustand befindlichen Ersatzmedium verdrängt wird, oder dass das Kühlmedium in einem flüssigen Aggregatzustand vorliegt und durch ein in einem flüssigen Aggregatzustand befindlichen Ersatzmedium verdrängt wird, oder dass das Kühlmedium in einem gasförmigen Aggregatzustand vorliegt und durch ein in einem gasförmigen Aggregatzustand befindlichen Ersatzmedium verdrängt wird. Im Rahmen dieser Erfindung bedeutet verdrängen auch austauschen.
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Vorteilhaft kann die zu kühlende Fahrzeugkomponente in einem Wirkbereich eines mittels des Kühlmediums zumindest abschnittsweise durchströmenden Kühlelementes angeordnet sein, wobei das Kühlelement zumindest mittelbar mit der Zuführleitung und/oder der Abführleitung des Bevorratungsbehälters verbunden ist. Das Kühlelement ist vorzugsweise ein Kühler bzw. eine Kältemaschine, dessen Kühlkörper die von der Fahrzeugkomponente abgegebene Wärme aufnimmt und über ein den Kühler durchströmendes Kühlmedium abtransportiert. Es ist jedoch auch denkbar, dass als Kühlelement ein Radiator bzw. ein Ventilator verwendet wird.
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Es ist des Weiteren denkbar, dass der Kühlkreislauf zumindest zeitweise während eines Kühlvorganges der Fahrzeugkomponente aufgrund einer ersten Schaltstellung des Ventils abgeschlossen bzw. geschlossen und zumindest zeitweise während eines Reduzierungsvorganges des Kühlmediums aufgrund einer zweiten Schaltstellung des Ventils offen bzw. geöffnet ist. Unter einem geschlossenen bzw. abgeschlossenen Kühlkreislauf wird im Rahmen der Erfindung folglich ein Kühlkreislauf bzw. ein Kreislauf eines Kühlsystems bzw. ein Kühlmittelkreislauf verstanden, mittels welchem ein im Kreislauf zirkulierendes Kühlmittel an der Wärmequelle, sprich der zu kühlenden Fahrzeugkomponente entlanggeführt, durch dessen Abwärme erwärmt und weiter zu einer Wärmesenke transportiert wird, an welcher das Kühlmittel die aufgenommene Wärme wieder abgeben kann. Hierbei wird der Kreislauf nicht durch anderweitige in den Kreislauf eintretende Stoffe oder Medien unterbrochen. Dringt ein weiteres Medium neben dem eigentlichen Kühlmedium in den Kühlkreislauf ein, spricht man im Rahmen dieser Erfindung von einem offenen Kühlkreislauf. Dieser liegt insbesondere während der Dauer eines Reduzierungsvorganges vor, sodass ein Ersatzmedium in den Kühlkreislauf eintreten und zumindest teilweise das Kühlmedium verdrängen kann. Vornehmlich kann durch eine Schaltung des Ventils ein Einlassen des Ersatzmediums in den Kühlkreislauf und folglich ein offener Kühlkreislauf ermöglicht werden. Dadurch wird das Ventil aus einer ersten Schaltstellung, gemäß welcher das Ventil lediglich einen Transport des Kühlmediums durch den Kreislauf zulässt und ein Eindringen des Ersatzmediums verhindert in eine zweite Schaltstellung überführt. In der zweiten Schaltstellung wird der Transport des Kühlmittels durch den Kreislauf blockiert und ein Eindringen des Ersatzmediums ermöglicht.
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Des Weiteren ist es denkbar, dass ein Wärmeüberträger bzw. ein Wärmetauscher zum Kühlen des Kühlmediums zumindest abschnittsweise in einem Bereich der Zuführleitung oder zumindest abschnittsweise in einem Bereich der Abführleitung angeordnet ist. Der Wärmeüberträger dient vornehmlich zur Abkühlung des Kühlmittels des Kühlsystems bevor dieses wieder zu der zu kühlenden Fahrzeugkomponente transportiert bzw. geleitet wird, um dort erneut die Abwärme der Fahrzeugkomponente aufnehmen zu können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren beansprucht, welches wenigstens zum zumindest zweitweisen Reduzieren eines Kühlmediums zum Kühlen zumindest einer Fahrzeugkomponente eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges innerhalb eines Kühlkreislaufes dient. Das erfindungsgemäße Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf:
- – Aktivieren einer Pumpe zum Absaugen eines Kühlmediums aus wenigstens einem Bereich des Kühlkreislaufes in einen Bevorratungsbehälter und/oder zum Ansaugen eines Ersatzmediums aus einem Umgebungsbereich in wenigstens einen Bereich des Kühlkreislaufes, oder
- – Deaktivieren einer Pumpe zum Fördern des Kühlmediums aus einem Bevorratungsbehälter in wenigstens einen Bereich des Kühlkreislaufes.
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Erfindungsgemäß kann zumindest während des Reduzierungsvorganges das Kühlmedium mit Hilfe einer Pumpe und vorzugsweise einer Absaugpumpe aktiv aus dem Kühlkreislauf und vornehmlich aus dem Bereich der zu kühlenden Fahrzeugkomponente abgesaugt und in einen Bevorratungsbehälter hinein transportiert werden. Dabei ist es denkbar, dass zeitgleich während oder auch nach dem Vorgang des Absaugens des Kühlmediums diese Absaugpumpe auch als Ansaugpumpe agiert und folglich das Ersatzmedium, wie beispielsweise Umgebungsluft in den Kühlkreislauf hinein saugt. Unter anderem durch das Einbringen des Ersatzmediums in den Kühlkreislauf wird das Kühlmedium vorzugsweise fast vollständig verdrängt.
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Im Rahmen der Erfindung ist es weiter denkbar, dass zumindest während des Reduzierungsvorganges die zumindest während des Kühlvorganges aktive Pumpe deaktiviert wird. Folglich ist vorzugsweise gar keine Pumpe, das bedeutet weder eine Ansaugpumpe zum Ansaugen eines Ersatzmediums noch eine Absaugpumpe zum Absaugen des Kühlmediums aktiv. In diesem Fall tritt das Kühlmedium selbständig in die Vorrichtung und folglich in den Kühlkreislauf ein, während das Kühlmedium selbständig aus dem Kühlkreislauf austritt.
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Demzufolge ist es denkbar, dass wenigstens während eines Reduzierungsvorganges des Kühlmediums im Kühlkreislauf das Kühlmedium zumindest aus der Zuführleitung und/oder der Abführleitung hinaus in den Bevorratungsbehälter geleitet wird, während das Ersatzmedium wenigstens über die Zuführleitung und/oder die Abführleitung zumindest in einen Bereich des Kühlkreislaufes geleitet wird.
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Bei dem beschriebenen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben worden sind.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigen jeweils schematisch:
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1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
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4 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
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5 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 5 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 aufgezeigt, welche eine Pumpe 2, ein Durchlasselement 3, ein Bevorratungsbehältnis 10 sowie eine Zuführleitung 5 und eine Abführleitung 4 aufweist. Demzufolge weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit einem Kühlkreislauf 20 die folgenden gemeinsamen Funktionselement auf, nämlich eine Pumpe 2 sowie eine Zuführleitung 5 und eine Abführleitung 4. Optional weist der Kühlkreislauf 20 bzw. der Kühlmittelkreislauf 20 auch ein Kühlelement 6 auf sowie ein Kühlmittel 11 bzw. ein Kühlmedium 11 auf, welches in einem flüssigen oder auch einem gasförmigen Aggregatzustand vorliegen kann. Das Bevorratungsbehältnis 10 und das Durchlasselement 3, welches gemäß der 1 als Ventil ausgestaltet ist, sind hierbei vorzugsweise spezifische Funktionselemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1.
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Die zu kühlende Fahrzeugkomponente 100 ist in einem Wirkbereich des Kühlelementes 6 angeordnet, sodass die Fahrzeugkomponente 100 die von ihr ausgehende Abwärme direkt an das Kühlelement 6 übertragen kann. Das Kühlelement 6 kann dabei von dem Kühlmedium 11 durchströmt werden. Vorzugsweise weist das Kühlelement 6 eine große Wärmeaufnahmeoberfläche 6a auf, an welcher die Fahrzeugkomponente 100 angeordnet ist, um vorteilhaft schnell und einfach die Abwärme an das Kühlelement 6 übertragen zu können. Da Kühlelement 6 kann zudem eine Rippenstruktur (hier nicht gezeigt) und oder flächige Strukturen und Oberflächen aufweisen. Vorzugsweise ist das Kühlelement 6 im Hinblick auf die Geometrie der zu kühlenden Fahrzeugkomponente 100 konstruktiv angepasst, sodass das Kühlelement 6 eine Wärmeaufnahmeoberfläche 6a aufweisen kann, die sich an der Geometrie der Fahrzeugkomponente 100 orientiert. Hierdurch kann vorteilhaft die Abwärme jeder Fahrzeugkomponente schnell, einfach und prozesssicher aufgenommen und abtransportiert und die Fahrzeugkomponente 100 folglich hinreichend gekühlt bzw. temperiert werden.
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So ist es zudem möglich, dass mit dem Kühlmittel 11 die Fahrzeugkomponente 100 nicht nur gekühlt, sondern bei Bedarf auch erwärmt wird.
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Gemäß der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wird zumindest während eines Reduzierungsvorganges des Kühlmediums 11 das Durchlasselement 3 bzw. das hier dargestellte Ventil, welches insbesondere ein Wegeventil ist, derart geschalten, dass die Abführleitung 4, welche sich vornehmlich von dem Bevorratungsbehälter 10 bis zum Durchlasselement 3 erstreckt, blockiert bzw. geschlossen wird. Dadurch wird ein Durchströmen bzw. Transportieren des Kühlmediums 11 aus dem Bevorratungsbehälter 10 über das Durchlasselement 3 zu dem Kühlelement 3 oder direkt zu der Fahrzeugkomponente 100, das heißt in Kühlmitteltransportrichtung RK verhindert. Des Weiteren wird aufgrund der zweiten Schaltstellung des Durchlasselementes 3 ein Zuführen eines Ersatzmediums 12, wie beispielsweise Umgebungsluft, über einen Zuführbereich 7 in den Kühlkreislauf 20 und folglich die Vorrichtung 1 ermöglicht. Das dargestellte Durchlasselement 3 dient folglich zum zumindest zweitweisen Öffnen eines Zuführbereichs 7 des Ersatzmediums 12 zum Einlassen des Ersatzmediums 12 in wenigstens einen Bereich des Kühlsystems 20 und/oder zum zumindest zweitweisen Sperren einer Zuführleitung 5 und/oder einer Abführleitung 4 zum Leiten des Kühlmediums 11 zu einem Bevorratungsbehälter 10 in Zuführrichtung RZ oder von einem Bevorratungsbehälter 10 in Abführrichtung RA. Das Kühlmedium 11 bzw. das Kühlmittel 11 läuft folglich aus dem Kühlkreislauf 20 in den Bevorratungsbehälter 10, wobei die Pumpe 2 deaktiviert ist. In diesem Fall ist es erforderlich, dass der Bevorratungsbehälter 10 am tiefsten, untersten Punkt bzw. Bereich des gesamten Kühlsystems bzw. Kühlkreislaufes 20 und auch der Vorrichtung 1 angeordnet ist, sodass das Kühlmedium 11 getrieben von der Schwerkraft in den Bevorratungsbehälter 10 fließen kann. Demzufolge dient die gezeigte Pumpe 2 lediglich zum Pumpen des Kühlmediums 11 während eine Kühlvorganges.
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Der Bevorratungsbehälter 10 weist zumindest eine Öffnung 10a, durch welche sich zumindest abschnittsweise hindurch die Zuführleitung 5 zum Zuführen des Kühlmediums 11 in den Bevorratungsbehälter 10 erstreckt und zumindest eine Öffnung 10b, durch welche sich zumindest abschnittsweise hindurch die Abführleitung 4 zum Abführen des Kühlmediums 11 aus dem Bevorratungsbehälter 10 erstreckt, auf. Es ist zudem denkbar, dass diese Öffnungen 10a und 10b jeweils Dichtungselemente (hier nicht gezeigt) aufweisen, um die Wandungen der Leitungen 4 und 5 zu der Wandung des Bevorratungsbehälters 10 derart abzudichten, das das Kühlmedium 10 nicht aus dem Bevorratungsbehälter 10 in die Umgebung U entweichen kann.
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Des Weitern ist in der 1 ein Wärmeüberträger 30 bzw. ein Wärmetauscher 30 gezeigt, welcher an der Zuführleitung 5 zwischen der Fahrzeugkomponente 100 bzw. dem Kühlelement 6 und dem Bevorratungsbehälter 10 angeordnet ist, um die vom Kühlmedium 11 transportierte Abwärme an die Umgebung U abgeben zu können. Der Wärmeüberträger 30 kann jedoch auch an jeder anderen denkbaren Position innerhalb der Vorrichtung 1 angeordnet sein, wie beispielsweise direkt an dem Bevorratungsbehälter 10, oder an der Abführleitung 4 vor der Pumpe 2 oder auch nach der Pumpe 2 usw.
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Gemäß der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wird folglich das Kühlmedium 11 während eines Kühlvorganges aktiv unter Einsatz der Pumpe 2 geleitet und während eines Reduzierungsvorganges passiv, das heißt ohne Einsatz der Pumpe 2 transportiert.
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In der 2 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gezeigt, bei welcher im Vergleich zu der ersten Ausführungsform (1) der Abtransport des Kühlmediums 11 aus dem Kühlkreislauf 20 durch den Einsatz bzw. die Aktivierung einer Pumpe 2 vorteilhaft beschleunigt wird. Hierbei ist die Pumpe 2 in Kühlmitteltransportrichtung RK betrachtet nach dem Durchlasselement 3 angeordnet. Während eines Reduzierungsvorganges des Kühlmediums 11 aus dem Kühlkreislauf 20 schaltet das Durchlasselement 3 aktiv von einer ersten Schaltstellung, bei welcher das Kühlmedium 11 durch das Durchlasselement 3 in Richtung der Fahrzeugkomponente 100 strömen kann, in eine zweite Schaltstellung, bei welcher der Durchfluss des Kühlmediums 11 durch das Durchflusselement 3 verhindert und ein Einströmen eines Ersatzmediums 12 ermöglicht wird. Die Pumpe 2 pumpt dabei aktiv das Ersatzmedium 12 in den Kühlkreislauf 20 und dient folglich als Ansaugpumpe zum Ansaugen des Ersatzmediums 12. Ansonsten entspricht die zweite Ausführungsform der in der 1 gezeigten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, sodass auch hier beispielsweise der Bevorratungsbehälter 10 am tiefsten Punkt des Kühlkreislaufes 20 bzw. der Vorrichtung 1 angeordnet ist, um ein Ablaufen des Kühlmittels 11 zu ermöglichen.
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In der 3 ist eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gezeigt, bei welcher der Bevorratungsbehälter 10 nun in einem oberen, das heißt höher liegendem Bereich des Kühlkreislaufes 20 und folglich der Vorrichtung 1 angeordnet ist. Vorteilhaft wird dadurch, im Vergleich zu beispielsweise den Vorrichtungen 1 gemäß der 1 und 2 das Risiko vermieden unerwünschte Luft im Kühlkreislauf 20 während des Kühlvorgangs anzusammeln und folglich der Bedarf einer Anordnung eines zweiten im oberen Bereich des Kühlkreislaufes 20 bzw. der Vorrichtung 1 anzuordnenden Kühlmittelbehälters verhindert. Eine Pumpe 2 ist in Kühlmitteltransportrichtung RK zwischen dem Bevorratungsbehälter 10 und der Fahrzeugkomponente 100 angeordnet, während ein Durchlasselement 3 in Kühlmitteltransportrichtung RK zwischen der Fahrzeugkomponente 100 und dem Bevorratungsbehälter 10 angeordnet ist. Vorteilhaft wird mit Hilfe der Pumpe 2, welche im Kühlbetrieb zum Pumpen des Kühlmediums 11 aus dem Bevorratungsbehälter 10 in Kühlmitteltransportrichtung RK dient, während eines Reduzierungsvorganges das Kühlmedium 11 aktiv aus dem Kühlkreislauf 20 in Zuführrichtung RZ in den Bevorratungsbehälter 10 hinein gepumpt. Folglich ist die Kühlmitteltransportrichtung RK zu der Zuführrichtung RZ entgegengesetzt. Ansonsten entspricht der Aufbau und die Funktionsweise denjenigen der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform.
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Die 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, welche im Wesentlichen, insbesondere hinsichtlich der Funktionsweise, der dritten Ausführungsform, gezeigt in 3, entspricht. Jedoch weist abweichend dazu die in 4 gezeigte Vorrichtung 1 kein Durchlasselement 3 in Ausgestaltung eines Ventils auf, welches in einem Bereich der Zuführleitung 5 oder der Abführleitung 4 angeordnet ist. Vielmehr ist das Durchlasselement 3 in einem Bereich des Bevorratungsbehälters 10 angeordnet und vorteilhaft in Form einer Öffnung ausgestaltet. Durch diese Öffnung wird das Ersatzmedium direkt über den Bevorratungsbehälter 10 in den Kühlkreislauf 20 eingebracht, während das Kühlmedium 11, zumindest während eines Reduzierungsvorganges, aus dem Kühlkreislauf 20 mit Hilfe einer Pumpe 2 über die Abführleitung 4 wieder zurück in den Bevorratungsbehälter 10 gepumpt wird. Anstelle der Öffnung kann jedoch auch ein Ventil als Durchlasselement 3 in einem Bereich des Bevorratungsbehälters 10 angeordnet sein.
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In der 5 ist eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gezeigt, welche im Aufbau und in der Funktionsweise im Wesentlichen der ersten Ausführungsform, gezeigt in 1, entspricht. Im Unterschied zur Vorrichtung gemäß der 1 weist die Vorrichtung 1 der 5 zusätzlich ein zweites Durchlasselement 40 auf, welches zwischen der Fahrzeugkomponente 100 bzw. dem Kühlelement 6 und dem Bevorratungsbehälter 10 an einer Zuführleitung 5 zum Zuführen des Kühlmediums 11 in einer Zuführrichtung RZ zu dem Bevorratungsbehälter 10 angeordnet ist. Das zweite Durchlasselement 40 ist vorzugsweise als Ventil und besonders bevorzugt als Wegeventil ausgestaltet und weist als zweiten Anschluss einen Ersatzmedium-Abführbereich 60 auf. Folglich kann während einer ersten Schaltstellung des zweiten Durchlasselementes 40 das Kühlmedium 11 ungehindert durch dieses zweite Durchlasselement 40 in den Bevorratungsbehälter 10 fließen. Während bei einer zweiten Schaltstellung des zweiten Durchlasselementes 40 weder das Kühlmedium 11 noch das Ersatzmedium 12 in Zuführrichtung RZ in den Bevorratungsbehälter 10 über die Zuführleitung 5 strömen kann. Vielmehr wird hierbei der Weg zum Ersatzmedium-Abführbereich 60 freigegeben, um im Bedarfsfall das in dem Kühlkreislauf 20 befindliche Ersatzmedium 12 in Ersatzmediumabfließrichtung RE wieder aus dem Kühlkreislauf 20 auslassen zu können. In diesem Fall ist es auch denkbar, dass eine zweite Pumpe (hier nicht gezeigt) beispielsweise im Bereich der Zuführleitung 5 zwischen der Fahrzeugkomponente 100 bzw. dem Kühlelement 6 und dem zweiten Durchlasselement 40 angeordnet ist, welche das Ersatzmedium 12 aktiv aus dem Kühlkreislauf 20 in Richtung des Ersatzmedium-Abführbereiches 60 pumpt. Somit kann der Kühlkreislauf 20 vom Ersatzmedium 12 gesäubert werden, ohne dass dieses in den Bevorratungsbehälter 10 eingebracht werden muss. Vorteilhaft kann danach der Kühlkreislauf 20 wieder mit dem Kühlmedium 11 durchströmt werden.
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Die Anordnung des zweiten Durchlasselementes 40 und des Ersatzmedium-Abführbereiches 60 kann in jeder der gezeigten Ausführungsformen gemäß der 1 bis 4 flexibel erfolgen.
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Des Weiteren ist es denkbar, dass insbesondere in Zuführrichtung RZ stromabwärts betrachtet vor dem zweiten Durchlasselement 40 eine Detektionseinheit 50 im Bereich der Zuführleitung 5 angeordnet ist. Diese kann beispielsweise ein Sensor bzw. eine Sensoreinheit sein, welche detektiert, wann kein Kühlmedium 11, sondern vielmehr lediglich ein Ersatzmedium 12 die Zuführleitung 5 durchströmt. Somit kann vorteilhaft erreicht werden, dass das zweite Durchlasselement 40 erst dann in eine zweite Schaltstellung zum Öffnen des Ersatzmedium-Abführbereiches 60 geschalten wird, wenn kein Kühlmedium 11 mehr in der Zuführleitung 5 transportiert wird, welches anderenfalls sonst unbeabsichtigter Weise über den Ersatzmedium-Abführbereich 60 an die Umgebung U abgegeben werden würde.
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Es ist zudem auch denkbar, dass der Kühlkreislauf 20 neben den benannten (Funktions-)Elementen der Zuführleitung 5, der Abführleitung 4 und der Pumpe 2 sowie dem optionalen Kühlelement 6 und/oder dem Wärmetauscher 30 auch ein Thermostat (hier nicht gezeigt) aufweist, um die Temperatur der zu kühlenden Fahrzeugkomponente 100 ermitteln zu können. Vorteilhaft kann dadurch die Zufuhr an Kühlmedium 11 hinsichtlich beispielsweise der Menge und Durchflussgeschwindigkeit gesteuert werden, um eine optimale Temperierung der Fahrzeugkomponente 100 gewährleisten zu können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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